Guía del ingeniero sobre decibelios: dB, dBm, dBi y dBw

¿Por qué decibelios?

Los decibelios comprimen enormes rangos en una escala manejable. Un micrófono puede producir 1 μV; un amplificador de potencia puede emitir 100 V. Esa es una relación de 10, imposible de trazar en una escala lineal. En decibelios, son solo 160 dB.

Los decibelios también convierten la multiplicación en suma. Una señal que pase por tres etapas con ganancias de 10, 100 y 10 tendrá una ganancia total de 10 × 100 × 10 = 10 000. En dB: 20 + 40 + 20 = 80 dB. Adición sencilla.

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La definición fundamental

$$\text{dB} = 10 \log_{10}\left(\frac{P_1}{P_2}\right) \quad \text{(power ratio)}$$

$$\text{dB} = 20 \log_{10}\left(\frac{V_1}{V_2}\right) \quad \text{(voltage ratio)}$$

El factor 20 (no 10) para el voltaje proviene de la relación potencia-voltaje$P = V^2/R$:

$$10 \log_{10}\left(\frac{P_1}{P_2}\right) = 10 \log_{10}\left(\frac{V_1^2/R}{V_2^2/R}\right) = 20 \log_{10}\left(\frac{V_1}{V_2}\right)$$

### Conversiones esenciales para memorizar

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Unidades de decibelios absolutos

Un simple «dB» es siempre una relación. Para expresar un nivel absoluto, se necesita una referencia. Se utilizan diferentes referencias en diferentes campos:

dBm — Potencia relativa a 1 milivatio

$$\text{dBm} = 10 \log_{10}\left(\frac{P}{1\,\text{mW}}\right)$$

Son comunes en la ingeniería de RF y en los sistemas inalámbricos:

• 0 dBm = 1 mW
• 10 dBm = 10 mW
• 30 dBm = 1 W (potencia de transmisión WiFi típica)
• −50 dBm = 10 nW (señal WiFi recibida típica)
• −100 dBm = 10 pW (ruido mínimo en un ancho de banda de 1 MHz)

Utilice el [convertidor de dBm a vatios] (/calculators/unit-conversion/dbm-watts) para convertir entre dBm y milivatios.

dBW: potencia relativa a 1 vatio

$$\text{dBW} = 10 \log_{10}\left(\frac{P}{1\,\text{W}}\right)$$

dBW = dBm − 30. Se utiliza para transmisores de alta potencia y enlaces satelitales.

dBV — Voltaje relativo a 1 voltio

$$\text{dBV} = 20 \log_{10}\left(\frac{V}{1\,\text{V}}\right)$$

Es común en el audio. El nivel de línea de consumo es de -10 dBV (316 mV RMS). El nivel de línea profesional es de +4 dBu ≈ 1,23 V RMS.

dBu — Voltaje relativo a 0.775 V

dBu = 20·log( V/0.775 V). La referencia de 0,775 V es el voltaje que produce 1 mW en una impedancia de 600 Ω (el antiguo estándar telefónico). El audio profesional utiliza +4 dBu como nivel nominal.

dBFS: en relación con la escala completa (audio digital)

En los sistemas digitales, 0 dBFS es la amplitud máxima. Todas las señales tienen un valor igual o inferior a 0 dBFS. Los picos por encima de 0 dBFS se recortan.

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Ganancia de antena: dBi y dBd

dBi — Ganancia en relación con la antena isótropa

Una antena isótropa irradia por igual en todas las direcciones. Las antenas reales concentran la energía en determinadas direcciones:

- Isótropo: 0 dBi

• Dipolo de media onda: 2,15 dBi
• Antena de conexión: 5—8 dBi
• Antena parabólica (1 m, 5 GHz): ~35 dBi
• Yagi (10 elementos): ~14 dBi

dBd — Ganancia relativa al dipolo

dBd = dBi − 2,15. Se utiliza en radioaficionados. Una antena de «10 dBd» = 12,15 dBi.

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Uso de dB en los presupuestos de enlaces

Un presupuesto de enlaces calcula si un sistema inalámbrico puede funcionar sumando las ganancias y restando las pérdidas:

Ejemplo de un enlace WiFi de 2,4 GHz a 100 m:

• Potencia TX: +20 dBm
• Ganancia de antena TX: +3 dBi
• Pérdida de trayectoria en espacio libre a 100 m: −80 dB (utilice la [calculadora de pérdida de trayectoria en espacio libre] (/calculators/rf/free-space-path-loss))
• Ganancia de la antena RX: +3 dBi
• Sensibilidad RX: −80 dBm$P_{rx} = 20 + 3 - 80 + 3 = -54$dBm. Margen =$-54 - (-80) = 26$dB. El enlace funciona con 26 dB de sobra.

Utilice la [calculadora de presupuesto RF Link] (/calculators/rf/rf-link-budget) para calcular el presupuesto de todos los enlaces.

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Errores comunes

Mezcla de potencia y voltaje en dB

Este es el error más común. En caso de duda:

• ¿Es una cantidad de potencia? Usa 10·log
• ¿Es un voltaje o intensidad de campo? Usa 20·log

La cifra de ruido está en dB (relación de potencia). La ganancia del amplificador de voltaje está en dB (20·log). Puede sumarlos o restarlos solo si representan potencia con la misma impedancia.

dBm no es dBV

dBm → dBV requiere conocer la impedancia. En 50 Ω: 0 dBm = 224 mV RMS = −13 dBV.

Para 50 Ω: dBV = dBm − 13. Para 600 Ω (audio): dBV = dBm − 2,2 ≈ dBu.

Olvidar que los dB representan proporciones

«Mi amplificador tiene 20 dB de ganancia». ✓ (ratio, válido) «La señal es de 20 dB». ✗ (¿20 dB en comparación con qué?)

Especifique siempre la referencia al establecer niveles absolutos: 20 dBm, −60 dBV, +4 dBu.

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Tarjeta resumida de referencia